Université Hassan II
Faculté de Médecine et de Pharmacie Casablanca
- Cours de Biologie Cellulaire-
Pr. Tahiri Jouti N.
Année Universitaire 2015-2016
Le Noyau
Interphasique
Introduction
Noyau
- centre organisateur de la cellule.
- présent dans la cellule eucaryote:
eu = vrai, caryos = noyau
- présent dans la cellule en Interphase
- disparaît au moment de la division cellulaire.
I / Définition et caractères généraux
- Organite volumineux , ovoïde - 6 % du volume cellulaire
- Contient l’information génétique - Caractérisé par : taille
forme
nombre
position
Taille
- 5 à 6 μm en fonction du type cellulaire - Volume donné par le rapport
nucléo-cytoplasmique : Vn/Vc
- > 1 dans les cellules indifférenciées - < 0,15 dans les cellules adultes
Sauf lymphocytes : RNC ~ O,8
Forme (1)
- Fonction du :
►type cellulaire arrondi :
Cellules lymphoïdes neurones
hépatocytes
Forme (2)
- Fonction du :
►type cellulaire ovoïde :
cellules musculaires, fibroblastes,
entérocytes
Forme (3)
- Fonction du :
►type cellulaire polylobé :
polynucléaires
Forme (4)
- stade de différenciation: encoché, « clivé » : dans les cellules lymphoïdes
- état fonctionnel
Nombre (1)
- Absent : hématie, kératinocyte….
Nombre (2)
- Généralement unique
- C. binucléées : hépatocytes,
cellules cardiaques, C. épithélium urinaire
Nombre (3)
- C. plurinucléées : ostéoclastes
30 à 50 noyaux
Position
- Centrale : lymphocytes, fibroblastes, C. des glandes endocrines
- Refoulé à la base de la cellule : C. muqueuses, C.exocrines
- Périphérique :
C. musculaires, adipocytes
Mise en évidence (1)
- Coloration standard : hématéine / éosine
► hématéine → chromatine colorée en bleu
► liaison due à l’électronégativité des groupements phosphates
►basophilie du noyau
Mise en évidence (2)
Colorations spéciales :
Au Bleu de Toluidine, Coloration de Feulgen Test de Brachet :
- Vert de méthyle → chromatine (noyau) en vert
- Pyronine → ARN (cytoplasme) en rouge traitement par DNAse, RNAse
→ annule la coloration → spécifité
II / Constituants du noyau
- L’enveloppe nucléaire - Le nucléole
- Le nucléoplasme - La chromatine
Enveloppe nucléaire
- Double membrane : externe, interne
- Lamina nucléaire
- Espace périnucléaire
- Pores nucléaires ou complexes de pores
Membrane externe
- Fait face au cytoplasme
- Trilaminaire : 6 à 8 nm épaisseur
- Porte des ribosomes
- Continuité avec REG : ponts (système endomembranaire)
Membrane interne
- En contact avec le nucléoplasme et la chromatine
- Trilaminaire : 6 à 8 nm épaisseur
- Tapissée par la lamina nucléaire du côté du nucléoplasme
Lamina nucléaire (1)
- Tapisse la face interne de la membrane interne
- Constituée par des filaments de lamine qui forment une structure grillagée
- Lamines: protéines, filaments intermédiaires
membres de la famille
des protéines du cytosquelette
Lamina nucléaire (2)
- deux types de lamines : - type A (lamine A et lamine C).
- type B (lamine B1 et lamine B2)
- Lamines A présentes dans toutes les cellules
- Lamines B présentes seulement dans les cellules indifférenciées
Lamina nucléaire (3)
- Stabilise
- l’enveloppe nucléaire
- les pores nucléaires à travers leur arrangement spatial
→ maintien de la forme du noyau et résistance mécanique de l’enveloppe nucléaire.
- fixe la chromatine
→ organisation et fonctionnement du génome:
réplication de l’ADN et transcription à travers la fixation à des facteurs de transcription
Espace périnucléaire
- Occupé par partie C-terminale des protéines intrinsèques de la membrane interne
- Protéines caractérisées :
- Peptides associés aux lamines (Lamine Associated Peptide) « LAP »
- Récepteur de la lamine B - Emerine
- Ensemble de troubles liés à une altération des lamines
- Une dizaine de pathologies déjà connue, près de 200 mutations du gène LMNA (code pour les protéines lamines A et C)
- Pathologies caractérisées par un spectre large de troubles musculaires, cardiaques, neurologiques, osseux ou cutanés.
laminopathies: Maladies génétiques dues à des mutations des lamines de type A (lamines A et C)
Nombreuses mutations décrites - Dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss
- Dystrophie musculaire de type IB et la cardiomyopathie dilatée
- Lipodystrophie de type Dunningan (pathologie du tissu adipeux)
- Dysplasie mandibuloacrale (pathologie affectant le développement osseux)
- Maladie de Charcot Marie Tooth (pathologie du nerf périphérique)
- Progéria (vieillissement prématuré) due à l'accumulation de lamine A
LAMINOPATHIES
- Progéria (vieillissement prématuré) due à l'accumulation de lamine A
Mutation du gène LMNA
situé sur le chromosome 1 production d’une
protéine tronquée: la progérine, qui
- reste ancrée dans la membrane du noyau des cellules
- s’y accumule
- entraîne sa déformation et des dysfonctions.
Protéines impliquées dans les
Maladies Neuromusculaires
Complexe de pore nucléaire (1)
-
Structure annulaire de 120 nm de diamètre 200 nm de hauteur - Constituée de 2 anneaux : - cytoplasmique
- nucléaire - 8 sous unités globulaires par anneau
- 50 protéines différentes : Nucléoporines
Complexe de pore nucléaire (2)
- Anneau cytoplasmique :
8 fibrilles de 50 nm long - Anneau nucléaire :
8 filaments de 100 nm long fixés sur
un anneau distal de diamètre plus faible
→ formation d’un « panier ou cage nucléaire »
Complexe de pore nucléaire (3)
Complexe de pore nucléaire (4)
Complexe de pore nucléaire (5)
Le complexe de pore est :
- encastré dans l’enveloppe nucléaire par un anneau luminal
- stabilisé par des protéines
membranaires dont les lamines
Complexe de pore nucléaire (6)
- Nucléoporines : 50 protéines différentes localisées :
- dans les sous unités (globulaires) des anneaux
- au niveau des fibrilles et des filaments
interviennent :
- reconnaissance et guidage des
molécules à travers le complexe
Rôle de l’enveloppe nucléaire (1)
Transports nucléo-cytoplasmiques
→ diffusion passive : PM < 5 kD
entrée de nucléotides, ions, enzymes, histones
→ diffusion facilitée : PM de 5 à 50 kD
→ mécanisme actif : PM > 50 kD
sortie d’ARN et de pré-ribosomes grâce à des récepteurs spécifiques
Dalton
Un dalton = 1/12e de la masse d'un atome de carbone
= la masse d'un atome d‘hydrogène
Le kilodalton (kDa) est beaucoup plus utilisé que le dalton en biologie et biochimie, du fait de la taille des molécules étudiées
Molécules cellulaires : masse comprise entre 20 et 100 kDa
Un acide aminé : 110 Da Une base : 330 Da
Rôle de l’enveloppe nucléaire (2)
- Transport bidirectionnel s'effectuant continuellement entre le cytosol et le noyau des:
- Protéines fonctionnant dans le noyau: les histones, les ADN et ARN polymérases, les protéines régulatrices de gènes et les protéines de maturation de l'ARN sélectivement importées du cytosol au compartiment nucléaire.
- ARNt et des ARNm synthétisés dans le compartiment nucléaire, puis exportés dans le cytosol
Transports Nucléo-Cytoplasmiques
Processus d'importation et d'exportation sélectifs - Exemples:
- les ARNm exportés qu'après modification par les réactions de maturation de l'ARN dans le noyau.
- les protéines ribosomiques sont 1- fabriquées dans le cytosol
2- importées dans le noyau où elles s'assemblent en particules avec l'ARN ribosomique néoformé
3- puis exportées dans le cytosol en tant que partie des sous-unités ribosomiques.
Chaque étape nécessite un transport sélectif au travers de l'enveloppe nucléaire.
• Sélectivité du processus d'importation nucléaire réside dans les signaux de localisation nucléaire (NLS pour Nuclear Localization Signal) qui n'existent que sur les protéines nucléaires.
• NLS: une ou deux séquences riches en lysine et arginine (acides aminés de charge positive) dont la séquence varie entre les différentes protéines nucléaires.
Importation Nucléaire (1)
• Protéines nucléaires peuvent être transportées au travers du complexe du pore dans leur conformation complètement repliée
• Sous-unités ribosomiques néoformées transportées à l'extérieur du noyau sous forme de la particule assemblée
• les très grosses particules semblent se rétrécir lorsqu'elles se faufilent au travers du complexe:
restructuration pendant leur transport :
Exemple: Exportation de certains très gros ARNm
Importation Nucléaire (2)
Récepteurs d'importation: protéines cytosoliques solubles qui se fixent à la fois sur:
- les signaux de localisation nucléaire (NLS) de la protéine à transporter
et sur
- les nucléoporines, dont certaines forment les fibrilles
Importation Nucléaire (3)
- Fibrilles et autres nucléoporines contiennent un grand nombre de courtes répétitions d'acides aminés à base de phénylalanine et de glycine, appelées répétitions FG
- Les répétitions FG :
- Sont des sites de liaison aux récepteurs d'importation.
- tapissent la voie empruntée au travers du complexe du pore nucléaire par les récepteurs d'importation chargés de leur cargaison protéique.
Importation Nucléaire (4)
- Ces complexes protéiques se déplacent le long de la voie en se fixant, se dissociant et se fixant à nouveau de façon répétitive sur les séquences répétitives adjacentes.
- Une fois dans le noyau, les récepteurs d'importation se dissocient de leur cargaison et retournent dans le cytosol.
Importation Nucléaire (5)
Cargaison
protéique 1 Cargaison
protéique 2 Cargaison protéique 3
Signal de
localisation nucléaire Récepteur
d’importation nucléaire
Les récepteurs d'importation nucléaire:
- ne se fixent pas toujours directement sur les protéines nucléaires.
- utilisent parfois des protéines adaptatrices supplémentaires formant un pont entre le récepteur d'importation et les signaux de localisation nucléaire de la protéine à transporter
Importation Nucléaire (6)
Importation Nucléaire (7)
Cargaison
protéique Cargaison
protéique 2 Cargaison protéique 3
Protéine adaptatrice d’importation
nucléaire Récepteur
d’importation nucléaire
Signal de
localisation nucléaire
- l'exportation nucléaire s’effectue comme l’importation nucléaire, mais dans le sens inverse
- Les récepteurs d'exportation nucléaire structurellement proches des récepteurs d'importation nucléaire et codés par une même famille de gènes: celle des récepteurs de transport nucléaire ou
Caryophérines
Exportation Nucléaire (1)
Le transport consomme de l'énergie
- L’énergie provient de l'hydrolyse d'un GTP par une GTPase monomérique appelée Ran.
- La GTPase Ran actionne le transport directionnel au travers du complexe du pore nucléaire
- Ran est retrouvée à la lois dans le cytosol et dans le noyau et est nécessaire aux systèmes d'importation et d'exportation.
GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran )
Ran: commutateur moléculaire existant sous deux conformations, selon qu'un GTP ou un GDP y est fixé
Conversion déclenchée par deux protéines régulatrices spécifiques du Ran :
- Protéine d'activation de la GTPase: GAP = GTP Activating Protein, cytosolique
- Facteur d'échange de la guanine, la GEF = Guanine Exchange Factor, nucléaire
GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran )
Protéine d'activation de la GTPase: GAP = GTP Activating Protein, cytosolique
- déclenche l'hydrolyse du GTP
- transforme Ran-GTP en Ran-GDP
GAP = GTP Activating Protein
Facteur d'échange de la guanine, la GEF = Guanine Exchange Factor, nucléaire
- favorise l'échange du GDP en GTP - transforme Ran-GDP en Ran-GTP
GEF = Guanine Exchange Factor
GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran )
CYTOSOL
NOYAU
GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran )
Rôle de l’enveloppe nucléaire (2)
Nombre de CPN augmente en fonction de l’activité cellulaire
- Plus le noyau est transcriptionnellement actif, plus le nombre de complexes du pore nucléaire est important
- L'enveloppe nucléaire d'une cellule de mammifères contient entre 3000 et 4000 complexes du pore.
- Si la cellule synthétise de l'ADN, elle doit importer du cytosol environ 106 molécules d'histones toutes les 3 minutes pour empaqueter l'ADN néosynthétisé dans la chromatine.
Rôle de l’enveloppe nucléaire (3)
→ nombre de CPN augmente fonction de l’activité cellulaire.
chaque complexe du pore doit transporter 100 molécules histones par minute.
Dans une cellule de mammifères en prolifération
►1 MILLION de molécules transitent par les Complexes de Pores Nucléaires par MINUTE
Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (1)
Les complexes de pores nucléaires - restent intacts
- seront réassociés lors de la
formation de l’enveloppe nucléaire
Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (2)
- Apparaît en interphase
- Est le produit de :
- la fusion autour de la lamina des vésicules du RE
associée
- à des synthèses cytoplasmiques
- Disparaît en mitose après dissociation de la lamina
Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (3)
Nucléole (1)
En microscopie optique :
- Organite nucléaire sphérique ou ovoïde - N’est pas limité par une membrane
- Incomplètement cerné par la chromatine - Disparaît en mitose
Nucléole (2)
En microscopie électronique, comporte 2 zones:
- Régions claires - Régions sombres
* Une zone périphérique granulaire : ARN, pré-ribosomes
* Une zone centrale fibrillaire : ADN ribosomal ou organisateur nucléolaire Les 2 zones contiennent des protéines
Nucléole (3)
Nucléole (4)
L’ADNr ou organisateur nucléolaire correspond à des boucles
- situées sur les CHS 13,14,15,21,22
- constituent, en fin de mitose, 10 petits nucléoles qui fusionneront
► nucléole unique
Nucléole : Synthèse des ribosomes
1/ transcription de l’ADNr en ARNr 45S 2/ clivage de l’ARNr 45S en :
ARNr 28S, 18S, 5,8S
3/ ARN 5S tanscrit à partir du CHS 1
4/ début d’association avec des protéines provenant du cytosol
Nucléole (4)
5/ Assemblage des protéines cytosoliques et des ARNr
deux sous-unités pré-ribosomiques 6/ Passage des pré-ribosomes à travers
les pores nucléaires
Nucléole (5)
cellule au repos → diminution du nombre des nucléoles
Synthèse protéique → augmentation de la taille du nucléole
Nucléoplasme (1)
- Gel renfermant : → nucléoles
→ chromatine
→ nucléocytosquelette
- Composition biochimique proche de celle du hyaloplasme
Nucléoplasme (2)
- Nucléocytosquelette constitué de protéines fibreuses dont l’actine
- Siège du métabolisme nucléaire :
Réplication de l’ADN, transcription de
l’ARN….
Chromatine (1)
- correspond à la forme décondensée des chromosomes
- structure complexe constituée : - d’ADN
- de protéines
- ~ 2 mètres d’ADN doivent être contenus dans un noyau de quelques microns
Chromatine (2)
- On distingue 2 types de chromatine :
- Euchromatine ou chromatine diffuse
- Hétérochromatine ou chromatine condensée
et la Chromatine sexuelle ou Corpuscule de Barr
Chromatine (3)
L’euchromatine :
- totalement décondensée pendant l’interphase
- répartie dans le nucléoplasme
- active sur le plan transcriptionnel - 10% de la chromatine totale
L’Euchromatine
correspond aux zones
grises
Chromatine (4)
L’hétérochromatine :
- plus ou moins condensée tout au long du cycle cellulaire
- localisée :
* principalement en périphérie
- du noyau (contre la lamina nucléaire) - du nucléole
* dispersée en mottes dans le nucléoplasme
L’Hétérochromatine
Chromatine (5)
L’hétérochromatine constitutive:
- 90% de la chromatine totale
- inactive sur le plan transcriptionnel
- située à proximité des centromères et des télomères
Chromatine (6)
Chromatine Sexuelle ou Corpuscule de Barr :
- petite masse d’hétérochromatine située contre l’enveloppe nucléaire
- résulte de l’inactivation au hasard de l’un des CHS X chez la FEMME
- Corpuscule de Barr n’existe pas chez l’homme normal
